一种可调整姿态的带微步控制的平面步进电机制造技术

本发明专利技术公开了一种可调整姿态的带微步控制的平面步进电机，包括定子和动子，动子置于定子上方：所述定子包括定子基板，定子基板上表面具有定子凸齿阵列，所述定子凸齿阵列在定子基板上按Y轴方向和X轴方向均匀分布,定子凸齿阵列的相邻凸齿的中心间距为H；每相邻两个定子凸齿之间的凹陷处设置有填充材料；所述动子包括动子基板，动子基板上镶嵌有8块固定驱动块和一块可正反方向各180度范围内旋转的活动驱动块。本发明专利技术具有以下有益效果：通过组合控制驱动块的绕组的电流大小，方便地控制动子以步进的方式在二维的空间上自由地按任意曲线轨迹行走，并可实现微步控制。

【技术实现步骤摘要】
一种可调整姿态的带微步控制的平面步进电机
本专利技术涉及一种平面电机（PlanarMotor），属机电控制研究领域,具体涉及一种可调整姿态的带微步控制的平面步进电机。
技术介绍
让一个控制对象在一个有限的二维的平面上自由移动，是自动控制中的常见需求。然而在平面电机（PlanarMotor）概念出现以前，实现这种移动一般需要两个独立的电机来完成，一个用于驱动控制对象纵向移动，一个驱动控制对象横向移动，并需借助诸如丝杆，皮带，光杆，滑块和导轨等机械部件来完成整个传动。上述机构还隐含了一个假定，即控制对象在运动过程中是维持原有的姿态（posture）的，即控制对象自身在运动过程中不旋转，除非再增加另一个电机来达到这个目的。平面电机是一种可以直接将电磁能转换为平面运动的电机。与其他类型电机一样，通常由定子、动子（转子）和支撑部件等部分组成，在支撑部件的限制和电磁力的作用下，平面电机的动子能够带动控制对象产生两维的平面运动。平面电机直接利用电磁能产生平面运动，具有出力密度高、低热耗、高精度的特点，因省去了从旋转运动到直线运动再到平面运动的中间转换装置，可把控制对象同电机做成一体化结构，具有反应快、灵敏度高、随动性好及结构简单等优点。根据电磁推力的产生原理，可将平面电机划分为变磁阻型、永磁同步型和感应型三类。三类电机的电磁推力的产生原理分别与同类型的旋转电机的电磁转矩产生原理相似，实际上，各种类型平面电机的提出与同类型的旋转电机不无渊源关系。
技术实现思路
本专利技术公开的是一种变磁阻型平面步进电机，它既不同于旋转步进电机作旋转运动，又不同于直线步进电机作往复运动，而是可以让动子在定子平面上作步进纵横运动。在原理上，它和旋转式变磁阻型步进电机一样，都是利用磁阻最小原理交替使用驱动绕组，使动子移动到可能到达的当前磁阻最小的位置。可以说，本专利技术是对旋转式变磁阻型步进电机在二维空间上的展平，即将原来定子和动子的交互面从圆弧曲面展开为平面，定子和动子均可独立确定自己的形状，并且定子的平面大小不再与动子的平面大小相关，而是完全取决于具体的应用。本专利技术采用的技术方案如下：一种可调整姿态的带微步控制的平面步进电机，包括定子和动子，动子置于定子上方：所述定子包括定子基板，定子基板上表面具有定子凸齿阵列，所述定子凸齿阵列在定子基板上按Y轴方向和X轴方向均匀分布,定子凸齿阵列的相邻凸齿的中心间距为H；每相邻两个定子凸齿之间的凹陷处设置有填充材料；所述动子包括动子基板，动子基板上镶嵌有8块固定驱动块和一块可正反方向各180度范围内旋转的活动驱动块；对所有8块固定驱动块以及处于正交位置的活动驱动块来说，各驱动块下方各自具有独立的动子凸齿阵列，动子凸齿阵列由隔离带分成均匀的两部分，每部分按Y轴方向和X轴方向均匀分布，且动子凸齿阵列上任意两个凸齿在X或Y方向上的距离为nH，其中n为正整数；活动驱动块与相邻的固定驱动块之间具有足够的空隙使得活动驱动块自由旋转；所有的固定驱动块和活动驱动块排布在X轴方向和Y轴方向上，形成3×3的布局；位于X轴方向上的各个驱动块的重心连线与X轴基本平行，位于Y轴方向上的各个驱动块的重心连线与Y轴基本平行；且同处于X轴方向上的驱动块中，任意两块驱动块上的任一凸齿之间沿X轴方向上的距离为n1H+H/3,沿Y轴方向的距离为n2H,其中n1为正整数，n2为0或正整数，且n1，n2的取值须保证任意两块驱动块之间不会发生干涉；同处于Y轴方向上的驱动块中，任意两块驱动块上的任一凸齿之间沿Y轴方向上的距离为n1H+H/3,沿X轴方向的距离为n2H,其中n1为正整数，n2为0或正整数，且n1，n2的取值须保证任意两块驱动块之间不会发生干涉。本专利技术的一种可调整姿态的带微步平面步进电机，所述动子基板上镶嵌着的8块固定驱动块，其中任何一块固定驱动块可以拆分为两个或两个以上的子固定驱动块，各子固定驱动块可分开摆放，且各子固定驱动块形成的合计磁场强度与未拆分前的固定驱动块相同；拆分后的某个子驱动块的任一凸齿跟处于X轴方向上的原本不属于同一固定驱动块的子驱动块、其它固定驱动块或处于正交位置的活动驱动块上的任一凸齿之间沿X轴方向上的距离为n1H+H/3,沿Y轴方向上的距离为n2H,其中n1为正整数,n2为0或正整数，且n1，n2的取值须保证任意两块驱动块之间不会发生干涉；同处于X轴上的由原本同一个固定驱动块拆分出来的两个子驱动块上的任一凸齿之间沿X轴方向上的距离为n1H,沿Y轴方向上的距离为n2H其中n1为正整数,n2为0或正整数；拆分后的某个子驱动块的任一凸齿跟处于Y轴方向上的原本不属于同一固定驱动块的子驱动块、其它固定驱动块或处于正交位置的活动驱动块上的任一凸齿之间沿Y轴方向上的距离为n1H+H/3,沿X轴方向上的距离为n2H其中n1为正整数，n2为0或正整数，且n1，n2的取值须保证任意两块驱动块之间不会发生干涉；同处于Y轴上的由原本同一个固定驱动块拆分出来的两个子驱动块上的任一凸齿之间沿Y轴方向上的距离为n1H,沿X轴方向上的距离为n2H,其中n1为正整数,n2为0或正整数；本专利技术的一种可调整姿态的带微步平面步进电机，所述固定驱动块和活动驱动块均由U型梁、驱动绕组、左基板、隔离带、右基板以及动子凸齿阵列构成；所述U型梁，左基板，右基板和动子凸齿阵列是由磁导率高的软磁材料制成，而隔离带是由磁导率低的材料制成；动子基板的四角设置有万向滚珠，用来平滑动子在定子上的运动。本专利技术的一种可调整姿态的带微步平面步进电机，当活动驱动块处于正交位置，且有任何一个驱动块的所有凸齿和定子的某部分凸齿对齐时，动子在X轴方向或Y轴方向上移动H/3距离，必定导致另一个驱动块的凸齿与定子的某部分凸齿也对齐，从而实现一个步长H/3的移动；当要实现比H/3步长更小的移动，需要通过对2个驱动块或4个驱动块的绕组上电，最终根据绕组中电流的相对大小，让动子移动到新的位置，这个新的位置离开原来老的位置在Y轴方向和X轴方向的差值均小于等于H/3；如此重复可使动子按照任意路径移动到定子上的任意位置。本专利技术的一种可调整姿态的带微步平面步进电机，当动子和定子呈既非平行又非垂直的状态时，此时需要将活动驱动块绕组断电后，转动活动驱动块使得活动驱动块上的凸齿排列和定子上的凸齿排列呈平行或垂直的状态，动子基板相对定子保持不动；接着对活动驱动块的绕组上电，按照最小磁阻原理，动子在Y轴方向和/或X轴方向会移动不超过H/2的距离后便可让活动驱动块的凸齿阵列和定子凸齿阵列对齐，接着，转动活动驱动块，使得活动驱动块相对于定子不运动，动子基板绕活动驱动块轴心转动，当活动驱动块回到正交位置，动子便回到工作姿态。本专利技术的一种可调整姿态的带微步平面步进电机，所述定子基板使用高磁导率的软磁体材料制成，定子凸齿与定子基板使用相同的材料，定子基板凹陷处的填充材料使用低磁导率材料。本专利技术的一种可调整姿态的带微步平面步进电机，动子基板使用具有一定刚性的低磁导率的材料。本专利技术的一种可调整姿态的带微步平面步进电机，还包括一个附加的电机和机械装置，所述附加的电机和机械装置固定在动子基板上，用于转动活动驱动块。本专利技术的一种可调整姿态的带微步平面步进电机，动子基板上还固定有控制对象。本专利技术的一种可调整姿态的带微步平面步进电机，还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调整姿态的带微步控制的平面步进电机，其特征在于：包括定子和动子，动子置于定子上方：所述定子包括定子基板，定子基板上表面具有定子凸齿阵列，所述定子凸齿阵列在定子基板上按Y轴方向和X轴方向均匀分布,定子凸齿阵列的相邻凸齿的中心间距为H；每相邻两个定子凸齿之间的凹陷处设置有填充材料；所述动子包括动子基板，动子基板上镶嵌有8块固定驱动块和一块可正反方向各180度范围内旋转的活动驱动块；对所有8块固定驱动块以及处于正交位置的活动驱动块来说，各驱动块下方各自具有独立的动子凸齿阵列，动子凸齿阵列由隔离带分成均匀的两部分，每部分按Y轴方向和X轴方向均匀分布，且动子凸齿阵列上任意两个凸齿在X或Y方向上的距离为nH，其中n为正整数；活动驱动块与相邻的固定驱动块之间具有足够的空隙使得活动驱动块自由旋转；所有的固定驱动块和活动驱动块排布在X轴方向和Y轴方向上，形成3×3的布局；位于X轴方向上的各个驱动块的重心连线与X轴基本平行，位于Y轴方向上的各个驱动块的重心连线与Y轴基本平行；且同处于X轴方向上的驱动块中，任意两块驱动块上的任一凸齿之间沿X轴方向上的距离为n

【技术特征摘要】
1.一种可调整姿态的带微步控制的平面步进电机，其特征在于：包括定子和动子，动子置于定子上方：所述定子包括定子基板，定子基板上表面具有定子凸齿阵列，所述定子凸齿阵列在定子基板上按Y轴方向和X轴方向均匀分布,定子凸齿阵列的相邻凸齿的中心间距为H；每相邻两个定子凸齿之间的凹陷处设置有填充材料；所述动子包括动子基板，动子基板上镶嵌有8块固定驱动块和一块可正反方向各180度范围内旋转的活动驱动块；对所有8块固定驱动块以及处于正交位置的活动驱动块来说，各驱动块下方各自具有独立的动子凸齿阵列，动子凸齿阵列由隔离带分成均匀的两部分，每部分按Y轴方向和X轴方向均匀分布，且动子凸齿阵列上任意两个凸齿在X或Y方向上的距离为nH，其中n为正整数；活动驱动块与相邻的固定驱动块之间具有足够的空隙使得活动驱动块自由旋转；所有的固定驱动块和活动驱动块排布在X轴方向和Y轴方向上，形成3×3的布局；位于X轴方向上的各个驱动块的重心连线与X轴基本平行，位于Y轴方向上的各个驱动块的重心连线与Y轴基本平行；且同处于X轴方向上的驱动块中，任意两块驱动块上的任一凸齿之间沿X轴方向上的距离为n1H+H/3,沿Y轴方向的距离为n2H,其中n1为正整数，n2为0或正整数，且n1，n2的取值须保证任意两块驱动块之间不会发生干涉；同处于Y轴方向上的驱动块中，任意两块驱动块上的任一凸齿之间沿Y轴方向上的距离为n1H+H/3,沿X轴方向的距离为n2H,其中n1为正整数，n2为0或正整数，且n1，n2的取值须保证任意两块驱动块之间不会发生干涉。2.如权利要求1所述的一种可调整姿态的带微步平面步进电机，其特征在于，所述动子基板上镶嵌着的8块固定驱动块，其中任何一块固定驱动块可以拆分为两个或两个以上的子固定驱动块，各子固定驱动块可分开摆放，且各子固定驱动块形成的合计磁场强度与未拆分前的固定驱动块相同；拆分后的某个子驱动块的任一凸齿跟处于X轴方向上的原本不属于同一固定驱动块的子驱动块、其它固定驱动块或处于正交位置的活动驱动块上的任一凸齿之间沿X轴方向上的距离为n1H+H/3,沿Y轴方向上的距离为n2H,其中n1为正整数,n2为0或正整数，且n1，n2的取值须保证任意两块驱动块之间不会发生干涉；同处于X轴上的由原本同一个固定驱动块拆分出来的两个子驱动块上的任一凸齿之间沿X轴方向上的距离为n1H,沿Y轴方向上的距离为n2H其中n1为正整数,n2为0或正整数；拆分后的某个子驱动块的任一凸齿跟处于Y轴方向上的原本不属于同一固定驱动块的子驱动块、其它固定驱动块或处于正交位置的活动驱动块上的任一凸齿之间沿Y轴方向上的距离为n1H+H/3,沿X轴方向上的距离为n2H其中n1为正整数，n2为0或正整数，且n1，n2的取值须保证任意两...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋钧超，蒋涵民，
申请(专利权)人：蒋钧超，
类型：发明
国别省市：江苏,32